Страница 35 из 64
27. Предположите, что алгоритмы, используемые для операций в уровне k, изменились. Как это воздействует на операции в уровнях k - 1 и k + 1?
28. Предположите, что произошло изменение в службе (набор операций) реализуемой уровнем k. Как это воздействует на службы в уровнях k - 1 и k + 1?
29. Приведите список причин того, почему время отклика клиента может быть больше, чем задержка лучшего случая.
30. Каковы недостатки использования маленьких клеток фиксированной длины в ATM?
31. Перечислите, какие действия вы производите ежедневно при помощи компьютерных сетей. Как изменится ваша жизнь, если сети вдруг перестанут существовать?
32. Узнайте, какие сети установлены в вашем учебном заведении или на работе. Опишите их типы, топологии, методы коммутации.
33. Программа ping позволяет отправлять тестовый пакет по указанному адресу и исследовать время его прохождения в одну и в другую сторону Попробуйте воспользоваться этой программой, чтобы выяснить, сколько времени следуют данные по различным известным адресам. Используя полученные данные, постройте график зависимости времени прохождения пакета от расстояния. Лучше всего использовать для экспериментов серверы университетов, поскольку их расположение очень хорошо известно. Например, berkley.edu находится в Беркли, штат Калифорния, mit.edu — в Кембридже, Массачусетс, vu.nl — в Амстердаме, Голландия, www.usyd.edu.au — в Сиднее, Австралия и www.uct.ac.za — в Кейптауне, Южная Африка.
34. Посетите сайт IETF (www.ietf.org) и изучите, чем занимается эта организация. Возьмите в качестве примера любой понравившийся вам проект и напишите краткий отчет о том, что он собой представляет.
35. Интернет состоит из огромного числа сетей. Их взаимное расположение определяет топологию Интернета. Очень много информации на тему топологии Интернета можно найти на различных веб-сайтах. С помощью поисковых программ найдите соответствующую информацию и напишите краткий отчет по итогам исследования.
36. Поищите в Интернете и узнайте некоторые из важных пиринговых точек, используемых для направления пакетов в Интернете в настоящее время.
37. Напишите программу, которая осуществляет поток сообщений от верхнего слоя до нижнего слоя модели протокола с 7 уровнями. Ваша программа должна включать отдельную функцию протокола для каждого уровня. Заголовки протокола — последовательность до 64 символов. У каждой функции есть два параметра: сообщение, пришедшее из протокола более высокого уровня (буфер случайной работы), и размер сообщения. Эта функция присоединяет свой заголовок перед сообщением, печатает новое сообщение на стандартном выводе и затем вызывает функцию протокола нижнего уровня. Ввод программы — сообщение приложения (последовательность 80 символов или меньше).
Глава 2
Физический уровень
В этой главе мы рассмотрим нижний уровень сетевой модели — физический уровень. Он определяет электрические, временные и прочие характеристики сетей, по которым биты информации пересылаются в форме электрических сигналов. Физический уровень — это фундамент сети. Производительность каналов передачи данных (их полоса пропускания, время запаздывания и частота ошибок) определяется различными свойствами физических носителей. Базовые характеристики каналов передачи и станут отправной точкой нашего увлекательного путешествия в мир компьютерных сетей.
Начнем с теоретического анализа передачи данных, чтобы с удивлением обнаружить, что природа накладывает определенные ограничения на то, что и как можно передавать с помощью физического носителя. Затем мы обсудим три типа сред передачи — проводниковые (медный провод и оптоволокно), радиоэфир (наземная радиосвязь) и радиоэфир, связанный со спутниковыми системами. Уникальные отличительные свойства каждой из этих технологий в значительной степени влияют на принципы построения и производительность сетей. Мы изучим основы ключевых технологий передачи данных, применяемых в современных сетях.
Нашей следующей темой станет цифровая модуляция — мы поговорим о том, как аналоговые сигналы превращаются в цифровые и обратно. После этого мы рассмотрим схемы уплотнения и узнаем, как данные нескольких сеансов связи могут передаваться по одному носителю, не мешая друг другу.
Оставшаяся часть главы посвящена трем примерам систем связи, которые используются на практике в глобальных сетях. Мы начнем с телефонной системы (стационарной), второй пример — мобильная телефонная система, и третий — кабельное телевидение. Все эти технологии крайне важны и повсеместно применяются на практике, поэтому мы уделим достаточно внимания каждому примеру.
2.1. Теоретические основы передачи данных
Информация может передаваться по проводам за счет изменения какой-либо физической величины, например напряжения или силы тока. Представив значение напряжения или силы тока в виде однозначной функции времени, f(t), мы сможем смоделировать поведение сигнала и подвергнуть его математическому анализу. Этому анализу и посвящены следующие разделы.
2.1.1. Ряды Фурье
2.1.2. Сигналы с ограниченным спектром
Вы спросите, какое отношение все это имеет к передаче данных? В зависимости от физических характеристик каналов сигналы с разными частотами ведут себя в них по-разному. Рассмотрим конкретный пример — передачу двоичного кода ASCII символа «b». Для этого потребуется 8 бит (то есть 1 байт). Задача — передать следующую последовательность бит: 01100010. На рис. 2.1, а слева изображена зависимость выходного напряжения от времени на передающем компьютере. В результате анализа Фурье для данного сигнала получаем следующие значения коэффициентов:
Рис. 2.1. Двоичный сигнал и его среднеквадратичные гармоники Фурье (а); последовательные приближения к оригинальному сигналу (б-д)
Среднеквадратичные амплитуды,, для нескольких первых гармоник пока
заны на рис. 2.1, а справа. Эти значения представляют интерес, поскольку их квадраты пропорциональны энергии, передаваемой на соответствующей частоте.
Ни один канал связи не может передавать сигналы без потери мощности. Если бы все гармоники ряда Фурье уменьшались при передаче в равной степени, то сигнал уменьшался бы по амплитуде, но не искажался (то есть у него была бы та же самая замечательная прямоугольная форма, как на рис. 2.1, а). К сожалению, все каналы связи уменьшают гармоники ряда Фурье в разной степени, тем самым искажая передаваемый сигнал. Как правило, по кабельным сетям амплитуды передаются почти без уменьшения в частотном диапазоне от 0 до некоей частоты(измеряемой в периодах
в секунду или герцах (Гц)), при этом высокочастотная составляющая сигнала (выше частоты fc, называемой частотой среза) заметно ослабляется. Этот диапазон частот называется полосой пропускания. На практике срез вовсе не является таким резким, поэтому обычно в упомянутую выше полосу пропускания включают те частоты, которые передаются с потерей мощности, не превышающей 50 %.
Полоса пропускания является физической характеристикой среды передачи данных и зависит, например, от конструкции, толщины и длины носителя — провода или оптоволокна. Иногда для намеренного уменьшения полосы пропускания, доступной абонентам, в линию включается специальное устройство — фильтр. Например, беспроводным каналам стандартов 802.11 выделяется полоса пропускания шириной примерно 20 МГц, поэтому радиопередатчики соответствующим образом урезают сигнал. Еще один пример: у традиционных (аналоговых) телевизионных каналов полоса пропускания равна 6 МГц, независимо от того, передаются данные по проводам или беспроводным способом. Благодаря такой фильтрации в определенном диапазоне спектра можно передать большее количество сигналов, за счет чего повышается общая эффективность системы. Диапазон частот отдельных сигналов будет начинаться со значения, отличного от нуля, но это не играет никакой роли. Полоса пропускания — это все также некий разрешенный диапазон частот, и возможность передачи информации зависит только от его ширины, но не от начального и конечного значения частот. Сигналы, передающиеся в диапазоне частот от 0 и до верхней границы полосы, называются модулирующими сигналами. Сигналы, которые сдвигаются в верхний диапазон частот, как, например, для всех видов беспроводной передачи данных, называются сигналами в полосе.